La última actualización de esta entrada fue hecha el 23 febrero, 2022 por Julián Spadaro

Ley de Enfriamiento de Newton

Ley de enfriamiento de Newton

La Ley de Enfriamiento de Newton expresa que la tasa de pérdida de calor de un cuerpo es proporcional a la temperatura entre el cuerpo y sus alrededores. En el presente artículo, hablaremos sobre la Ley de Enfriamiento de Newton, una de las leyes fundamentales en el estudio de la Termodinámica. Comencemos repasando lo ya sabido hasta este momento:

Ley de Enfriamiento de Newton: llamada así por Isaac Newton.
La Ley de Enfriamiento de Newton recibe su nombre en honor a Sir Isaac Newton, científico inglés que la estudió, famoso por sus tres leyes del movimiento.

Los cuerpos calientes ceden su calor a los cuerpos que se encuentran a menor temperatura. Así, por ejemplo, un cuerpo que tiene una temperatura inicial de 50ºC, al cabo de un tiempo alcanzará la temperatura ambiental (por ejemplo, de unos 25ºC).

¿Pero la “caída” de temperatura de un cuerpo es constante a través del tiempo? Bueno, realmente no. De hecho, si un cuerpo en una hora ha bajado 10ºC, no significa que tendrá que bajar 20ºC en dos horas. ¿Entonces, cómo desciende realmente la temperatura? Es aquí donde debemos analizar la Ley de Enfriamiento de Newton estudiando de qué variables depende nuestro experimento.

Newton calentó una barra de hierro hasta llevarlo al rojo vivo. Después, colocó esa barra en un ambiente muy frío y registró el tiempo que tardaba el bloque en enfriarse. Con estos datos, estableció la ley que lleva su nombre, la cual nos dice que:

\frac{\Delta Q}{\Delta t}=h\cdot A \cdot \Delta T

¿Qué significa todo eso? Vamos por parte. \frac{\Delta Q}{\Delta t} designa la cantidad de calor cedido al medio en un determinado tiempo. h designa un valor constante, es decir, un número que depende del material. Se llama “coeficiente de convección”. En la figura 1, podemos encontrar algunos de ellos. h es el área. \Delta T es la diferencia de temperatura (es decir, temperatura final menos temperatura inicial).

Esta expresión, en otras palabras, describe la transferencia de energía que un cuerpo caliente cede al medio y es conocida como Ley de Enfriamiento de Newton.

En el Sistema Internacional, \frac{\Delta Q}{\Delta t} se medirá en J/s. Esto es exactamente lo mismo que watt. Es decir, \frac{\Delta Q}{\Delta t} puede ser medido también en watts. Por otro lado, el coeficiente h (coeficiente de convección) es medido en J/(s.m².°C), o bien W/(m².K). El área será medida en m² y la temperatura en °C o K.

Veamos algunos coeficientes:

Medioh
Convección libre en el aire.5-25 W/(m².K)
Convección libre en agua.500 – 1 000 W/(m².K)
Convección forzada en el aire.10 – 500 W/(m².K)
Convección forzada en el agua.100 – 15 000 W/(m².K)
Vapor condensado.2 500 – 25 000 W/(m².K)
Agua hirviendo.5 000 – 100 000 W/(m².K)

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